鐵尾礦在道路基層材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

1、第４７卷第２期２０１８年２月應(yīng)用化工AppliedChemicalIndustryVol４７No２Feb２０１８收稿日期：２０１７０９１８修改稿日期：２０１７１１０９基金項(xiàng)目：江西省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（２０１３３BBG７０１０３）；江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目（GJJ１４４３５）作者簡(jiǎn)介：曾雅鈺瓊（１９９３－），女，江西贛州人，江西理工大學(xué)在讀碩士研究生，師從潘建平教授，主要從事巖土工程方面的研究。電話：１３６６７０４３８１７，E

2、－mail：４０６５１０７７５＠qqcom鐵尾礦在道路基層材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展曾雅鈺瓊１，潘建平１，楊秀英１，曾斌２（１江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州３４１０００；２江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院園林與建筑學(xué)院，江西贛州３４１０００）摘要：通過(guò)對(duì)鐵尾礦用于道路基層材料的物理力學(xué)性能及耐久性分析，論證鐵尾礦作為道路基層材料的可行性。分析國(guó)內(nèi)外鐵尾礦在道路基層中的應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)其存在粒度過(guò)細(xì)，粘粒含量太少，級(jí)配不良的問(wèn)題，認(rèn)為鐵尾礦可替代部

3、分傳統(tǒng)骨料。針對(duì)其存在的不足，為改進(jìn)試驗(yàn)方案，提出了采用有效外加劑單摻、雙摻、復(fù)摻的方法，優(yōu)化級(jí)配和室內(nèi)試驗(yàn)等措施，改善基層材料的力學(xué)性能及耐久性，使其最終能夠達(dá)到高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：鐵尾礦；基層材料；外加劑；級(jí)配中圖分類(lèi)號(hào)：TQ１３；TD９８；TU５文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：１６７１－３２０６（２０１８）０２－０３５８－０７ApplicationofirontailingsinroadbasematerialsZENGYayu

4、qiong１，PANJianping１，YANGXiuying１，ZENGBin２（１SchoolofArchitecturalSurveyingEngineering，JiangxiUniversityofScienceTechnology，Ganzhou３４１０００，China；２SchoolofLscapeArchitectureArchitecture，JiangxiEnvironmentalEngineeringVocatio

5、nalCollege，Ganzhou３４１０００，China）Abstract：Throughtheanalysisofthemechanicalpropertiesdurabilityofironetailingsfthebasematerial，thefeasibilityoftheirontailingsasthepavementbasematerialwasdemonstratedThispaperanalyzedtheappl

6、icationofirontailingsathomeabroadintheroadbed，foundthattherearetoosmallgrainsizes，toolittleclaycontentpogradationItisbelievedthatirontailingscanreplacesometraditionalaggregatesIndertoimprovetheexperimentalscheme，themetho

7、dofaddingsingleadmixture，doubleadmixturecomplexadmixture，optimizingthegravelscontentgradationincreasethetriaxialtestisputfwardtoimprovethemechanicalpropertiesdurabilityofthebasematerial，sothatitcaneventuallyreachthehighw

8、aydesignstardsKeywds：ironetailings；basecourse；admixture；grading鐵礦山在開(kāi)采選礦后的殘?jiān)纬闪髓F尾礦，其粒度較細(xì)，主要堆存于尾礦庫(kù)中。我國(guó)的尾礦庫(kù)數(shù)量較多，且多為穩(wěn)定性差的小庫(kù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至２０１５年底國(guó)內(nèi)約有１４６億t的尾礦堆存量，尾礦庫(kù)高達(dá)１２６００座［１］。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)尾礦的利用效能較高，可達(dá)６０％，德國(guó)則具備能將工業(yè)廢料利用效能提升至８０％以上的先進(jìn)技術(shù)，歐洲大部分

9、國(guó)家甚至正以采礦無(wú)廢料產(chǎn)生為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行礦山作業(yè)及后期的加工處理，而尾礦在我國(guó)的利用效能卻只有１８９％。利用效能的不足導(dǎo)致大批的耕地和林業(yè)用地被長(zhǎng)期占用以堆存尾礦，造成尾礦庫(kù)地區(qū)用地緊張，某些偏遠(yuǎn)地區(qū)選礦廠甚至不經(jīng)正規(guī)處理程序直接將尾礦排入天然河溝中。例如，礦產(chǎn)豐富的山西省，礦廠建有尾礦庫(kù)的竟只占１０％的比例，而其他選礦廠均將尾礦直接排入大自然中，導(dǎo)致了尾礦堆積如山的嚴(yán)重后果。在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家，工業(yè)副產(chǎn)品和安全儲(chǔ)藏區(qū)缺乏造成了嚴(yán)重的生

10、態(tài)問(wèn)題，廢料管理已成為全球關(guān)注重點(diǎn)。近年全球尾礦庫(kù)潰壩事故率一路走高［２］，據(jù)theWldInfmationServiceonEnergy網(wǎng)站近１０年的尾礦壩潰壩資料顯示，事故主要發(fā)生在中國(guó)、巴西和加拿大。尾礦堆存是重大危險(xiǎn)源，傳統(tǒng)尾礦庫(kù)管理難度較高，安全、環(huán)境、生態(tài)和社會(huì)危害等問(wèn)題較大，一旦潰壩后果嚴(yán)重，而尾礦卻是重要資源。因此，如何將尾礦進(jìn)行無(wú)害化處理和資源再利用是值得進(jìn)行深入研究的課題。道路工程耗材較多，尤其是砂石骨料的使用，若能

11、將鐵尾礦應(yīng)用在道路鋪筑工程中，不但能夠處理大批的尾礦，削減庫(kù)存量、降低對(duì)土地資源的浪費(fèi)，而且還能在很大程度上減少對(duì)天然砂石骨料的大量消耗，防止對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害，并節(jié)省了道路工程萬(wàn)方數(shù)據(jù)應(yīng)用化工第４７卷成分相似。因而，由其構(gòu)成成分和礦物組成分析可得，將其應(yīng)用于道路基層混合料當(dāng)中是合理的。表1國(guó)內(nèi)外部分鐵尾礦化學(xué)成分［8，1927，32，3637］Table1Chemicalcompositionofirontailingsathomea

12、broad％鐵尾礦產(chǎn)地SiO２?Al２O３Fe２O３5CaOMgOTFeMnOSO３P２O５首鋼遷安７６R４５３▌１３１３靠５２３a３７１６７－０o１３－０１０鞍鋼齊大山８２R８０－１３靠０４０a７８１０７－０o０６０－－江西太和３５R８６１１▌５６７靠４１１a３２９２５１３▌４２－－－通鋼板石５４R４２６▌１７１２靠４２６a０７３１７－－０9４１－武鋼金山店３４R５２８▌３５１１靠２３１３a０２８０５６▌４８－－－陜西柞水７５R８６０

13、▌２７８靠６５２a６９２０８－－－１２５遼寧朝陽(yáng)７４R９８６▌５６７靠６３２a４１２９８－－－０３２河北淶源６３R８９７▌５８９靠３２８a５５２９５－－－－北京密云６５R２７７▌４６１１靠８０３a８０５２７－－－－巴西２０R４１１▌２０６８靠０５－－－０o１２７－－瑞典６３R１０１１▌４０８靠４５１a１２６６５－－－－印度基里布魯５１R２１▌２２４４靠３６０a２２－－－－－印度新德里７R４２３▌４７５８靠２４０a０９００８－－－－注：“

14、－”代表無(wú)該化學(xué)成分。從物理力學(xué)方面分析，道路基層是承重層，需滿足在承受道路設(shè)計(jì)荷載作用下其結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，及因剪切強(qiáng)度或彎拉強(qiáng)度不足而發(fā)生的破壞等要求。《公路道路基層施工技術(shù)細(xì)則》中規(guī)定基層材料顆粒間摩擦系數(shù)大，壓縮率小，具有一定的剛度、耐久性和良好的水穩(wěn)定性，經(jīng)壓實(shí)可獲得滿意的強(qiáng)度。普通砂表面較鐵尾礦光滑，棱角更少，因而后者的顆粒間摩擦阻力相對(duì)較大，更有利于與基層的混合料產(chǎn)生膠結(jié)反應(yīng)，有助于提高無(wú)機(jī)結(jié)合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由

15、于鐵尾礦粒徑較小，重度相對(duì)較大，具有憎水性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)抗擾動(dòng)性不強(qiáng)的特點(diǎn)，且其粘粒含量太少，為了增強(qiáng)礦物混合料的黏聚力，改善其親水性，進(jìn)而改變壓實(shí)性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，可采取摻入無(wú)機(jī)結(jié)合材料的方法，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定，使得其穩(wěn)定后的鐵尾礦砂混合料能滿足相關(guān)規(guī)范的要求。由無(wú)機(jī)結(jié)合料鋪筑而形成的路面具有相對(duì)較高的物理力學(xué)性能，并且鋪筑時(shí)間愈長(zhǎng)，其強(qiáng)度和彈性模量愈大。因此，將其用作基層材料能夠滿足抗沖刷和適當(dāng)抗變形能力及強(qiáng)度的要求。綜合上述三方面分析，鐵尾

16、礦使用無(wú)機(jī)結(jié)合料改進(jìn)后能夠滿足規(guī)范中對(duì)道路基層材料的要求，因此，使用其作為道路基層材料是可行的。3國(guó)內(nèi)外鐵尾礦用于基層材料的應(yīng)用31國(guó)外鐵尾礦用于道路基層材料的應(yīng)用研究國(guó)外關(guān)于鐵尾礦運(yùn)用于基層材料當(dāng)中已有大量實(shí)例，并已取得了較為完整的理論，既包含了物理力學(xué)性能和耐久性，還包括了配合比的設(shè)計(jì)和微觀性能等。因?yàn)殍F尾礦庫(kù)存量十分充裕，而基層的填筑對(duì)填料的消耗量巨大，所以將其應(yīng)用至基層當(dāng)中十分普遍。文獻(xiàn)［２８３０］表明，在美國(guó)已有半數(shù)自治州將尾

17、礦作為基層材料應(yīng)用于其道路建設(shè)當(dāng)中。１９６０年明尼蘇達(dá)州將鐵尾礦就應(yīng)用于某條城市道路的底基層中，在高速公路的修建中也有應(yīng)用并且至今服役良好。在這之后，１９６２年，又將鐵尾礦用于公路的填料及瀝青道路基層，１９７０年左右，鐵尾礦被應(yīng)用于某公路各層結(jié)構(gòu)中，至今這條公路使用狀態(tài)依然良好。１９８０年在修建某道路穿越沼澤不良地質(zhì)時(shí)，選用鐵尾礦為其筑路材料，之后的１０年，將鐵尾礦應(yīng)用在瀝青罩面層中的情況尤為普遍，從梅蘇比地區(qū)到雙子星城、大瀑布城至木耳

18、黑的地區(qū)以及威爾瑪市都鋪筑了鐵尾礦罩面層且現(xiàn)今仍在使用。埃弗萊斯修筑的某條道路當(dāng)中，其路面所有的結(jié)構(gòu)層都使用了鐵尾礦，而瀝青在其中所占的比例還未達(dá)到１０％，且至今該段道路使用已有近半個(gè)世紀(jì)，而沒(méi)有出現(xiàn)較大的問(wèn)題。２０世紀(jì)９０年代末，某公路的實(shí)驗(yàn)性路段選用鐵尾礦和瀝青作為其滲水性基層混合料。自２１世紀(jì)初，在明尼蘇達(dá)州道路工程無(wú)論是新建還是舊路改造當(dāng)中，鐵尾礦的應(yīng)用都很普遍。在２００３～２００６年多項(xiàng)重建工程中，鐵尾礦碎石分別作為瀝青路面的

19、底基層和混凝土路面的基層材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)［３１］，該城市公路工程中使用鐵尾礦的項(xiàng)目超過(guò)４００項(xiàng)，總長(zhǎng)度超過(guò)１１２０m。近年，Lucas［３２］就巴西某鐵尾礦作為道路材料的可行性做了研究。鐵尾礦砂摻加部分水泥、石灰、煉鋼爐渣進(jìn)行固化。實(shí)驗(yàn)研究前先進(jìn)行化學(xué)、礦物學(xué)、環(huán)境方面（溶解和浸出）的檢測(cè)，確定鐵尾礦無(wú)毒且非惰性后。分別進(jìn)行最大干密度和最佳含水率測(cè)試，CBR測(cè)試（加州承載比測(cè)試）以及膨脹系數(shù)測(cè)試與規(guī)范中基層和底基層應(yīng)滿足的對(duì)應(yīng)值進(jìn)行對(duì)比０６